Паралельні всесвіти. Наш світ не єдиний: теорія паралельних всесвітів

Мультивселенна – наукова концепція передбачає наявність безлічі паралельних всесвітів. Існує ряд гіпотез, що описують різноманіття цих світів, їх властивості та взаємодії.

Успіх квантової теорії незаперечний. Адже вона разом представляє всі фундаментальні закони фізики, відомі сучасному світу. Незважаючи на це квантова теорія все ж таки ставить низку питань, на які досі немає певних відповідей. Одним із них є відома «проблема кота Шредінгера», яка наочно демонструє хибний фундамент квантової теорії, що формується на пророкуваннях та ймовірності тієї чи іншої події. Йдеться про те, що особливістю частинки, згідно з квантовою теорією, є існування її в стані рівному сумі всіх її можливих станів. Якщо застосувати цей закон до квантового світу, то виявиться що кіт - це сума стану живого і мертвого кота!

І хоча закони квантової теорії успішно використовуються при застосуванні таких технологій як радари, радіо, мобільні телефони та інтернет, доводиться миритися із зазначеним вище парадоксом.

У спробі вирішити квантову проблему було сформовано так звану «копенгагенську теорію», згідно з якою стан кота стає певним, коли ми відкриваємо коробку і спостерігаємо його стан, а до того він невизначений. Однак, застосування копенгагенської теорії, припустимо, до , означає, що Плутон існує лише з того моменту, як його відкрив американський астроном Клайд Томбо 18 лютого 1930-го року. Лише у цей день зафіксувалась хвилева функція (стан) Плутона, а решта усі зникли. Але відомо, що вік Плутона значно перевищує позначку 3,5 млрд років, що вказує на проблеми копенгагенської інтерпретації.

Множинність світів

Інший варіант вирішення квантової проблеми запропонував американський фізик Х'ю Еверетт у 1957-му році. Він сформулював так звану «багатосвітову інтерпретацію квантових світів». Відповідно до неї щоразу, коли об'єкт перетворюється з невизначеного стану на певне – відбувається розщеплення цього об'єкта кількість ймовірних станів. Наводячи приклад кота Шредінгера, коли ми відкриваємо коробку, з'являється всесвіт зі сценарієм, де кіт мертвий і з'являється всесвіт, де він залишається живим. Таким чином, він перебуває у двох станах, але вже в паралельних світах, тобто всі хвильові функції кота залишаються дійсними і жодна з них не хлопається.

Саме цю гіпотезу багато письменників фантастів використовували у своїх науково-фантастичних творах. Множинність паралельних світів передбачає наявність низки альтернативних подій, через які історія прийняла інший хід. Наприклад, у якомусь світі непереможна іспанська армада була розгромлена чи Третій рейх переміг у Другої світової війни.

Сучасніша інтерпретація цієї моделі пояснює неможливість взаємодії з іншими світами відсутністю когерентності хвильових функцій. Грубо кажучи, рано чи пізно хвильова функція нашої перестала коливатися в такт з функціями паралельних світів. Тоді цілком можливо, що ми можемо співіснувати в квартирі з «співмешканцями» з інших всесвітів, не взаємодіючи з ними жодним чином, і, як і вони, бути переконаними в тому, що саме наш Всесвіт справжній.

Насправді термін «багатосвітова» — не зовсім придатною для даної теорії, оскільки вона передбачає один світ із безліччю варіантів подій, що відбуваються одночасно.

Більшість фізиків-теоретиків згодні з тим, що ця гіпотеза є неймовірно фантастичною, проте вона пояснює проблеми квантової теорії. Втім, низка вчених не вважають багатосвітову інтерпретацію науковою, оскільки вона не може бути підтверджена або спростована за допомогою наукового методу.

У квантовій космології

Сьогодні гіпотеза про множинність світів знову повертається на наукову сцену, оскільки вчені мають намір використати квантову теорію не для будь-яких об'єктів, а застосувати до всього Всесвіту. Йдеться про так звану «квантову космологію», яка, як може здатися з першого погляду, несе абсурд навіть у своєму формулюванні. Питання даної наукової галузі пов'язані з Всесвітом. Мізерні ж розміри Всесвіту на перших етапах її формування цілком узгоджуються з масштабами квантової теорії.

У разі, якщо розміри Всесвіту були порядку , то застосувавши до неї квантову теорію, ми також можемо отримати невизначений стан Всесвіту. Останнє передбачає наявність інших всесвітів, що у різних станах з різною ймовірністю. Тоді стани всіх паралельних світів у сумі дають одну єдину «хвильову функцію Всесвіту». На відміну від багатосвітової інтерпретації квантові всесвіти існують окремо.

Як відомо, існує проблема тонкого налаштування Всесвіту, яка звертає увагу на те, що фізичні фундаментальні константи, які задають основні закони природи у світі, ідеально підібрані для існування життя. Якби маса протона трохи менша, формування елементів важче водню було б неможливим. Цю проблему можна вирішити з допомогою моделі мультивсесвіту, у якій реалізується безліч паралельних всесвітів із різними фундаментальними . Тоді ймовірність існування деяких із цих світів мала і вони «вмирають» незабаром після зародження, наприклад, стискаються чи розлітаються. Інші, константи яких формують не суперечливі закони фізики, з великою ймовірністю залишаються стабільними. Згідно з цією гіпотезою, мультивсесвіт включає велику кількість паралельних світів, більшість з яких є «мертвими», і лише невелика кількість паралельних всесвітів дозволяє їм існувати тривалий час і навіть дає право на наявність розумного життя.

Теоретично струн

Однією з найперспективніших областей теоретичної фізики є. Вона займається описом квантових струн – протяжних одновимірних об'єктів, коливання яких представляється у вигляді часток. Початкове покликання цієї теорії полягає в тому, щоб об'єднати дві фундаментальні теорії: загальну теорію відносності та квантову теорію. Як виявилося пізніше, зробити це можна декількома способами, у результаті утворилося кілька теорій струн. У 1990-х років ряд фізиків-теоретиків виявили, що ці теорії є різними випадками однієї конструкції, пізніше названої як «М-теорія».

Її особливість полягає в існуванні якоїсь 11-мірної мембрани, струни якої пронизують наш Всесвіт. Однак ми живемо у світі з чотирма вимірами (три координати простору та одна тимчасова), куди ж подіються інші виміри? Вчені припускають, що вони замикаються самі на собі в найменших масштабах, які поки що не вдається поспостерігати, через недостатній розвиток технологій. З цього твердження випливає інша суто математична проблема – виникає велика кількість «хибних вакуумів».

Найпростіше пояснення цієї згортки просторів, що не спостерігаються нами, а також наявність хибних вакуумів - мультивсесвіт. Фізики, що займаються теорій струн, спираються на твердження про те, що існує величезна кількість інших всесвітів, в яких не лише інші фізичні закони, а й інша кількість вимірів. Таким чином, мембрану нашого Всесвіту у спрощеному вигляді можна уявити як сферу, міхур, на поверхні якого живемо ми, та 7 вимірів якого перебувають у «згорнутому» стані. Тоді наш світ разом з іншими всесвітами-мембранами – на кшталт безлічі мильних бульбашок, що плавають у 11-мірному гіперпросторі. Ми ж, існуючи в 3-мірному просторі, і не можемо вибратися за його межі, а тому й не маємо можливості взаємодіяти з іншими всесвітами.

Як згадувалося раніше, більшість паралельних світів, всесвітів – мертві. Тобто з нестабільних чи непридатних життя фізичних законів їх речовина може бути представлено, наприклад, лише як безструктурного скупчення електронів і . Причиною цього є різноманітність можливих квантових станів частинок, інші значення фундаментальних констант та інша кількість вимірювань. Примітно, що таке припущення не суперечить принципу Коперника, який стверджує, що світ не унікальний. Бо хоч і в малій кількості, але можуть існувати світи, фізичні закони яких, незважаючи на свою відмінність від наших, все ж таки допускають формування складних структур і зародження розумного життя.

Заможність теорії

Хоча гіпотеза про мультивсесвіт і виглядає як сценарій для науково-фантастичної книги, вона має лише один недолік – вченим неможливо довести або спростувати її за допомогою наукового методу. Але за нею стоїть складна математика і на неї спирається низка значних та перспективних фізичних теорій. Аргументи на користь мультивсесвіту представлені наступним списком:

• Є фундаментом існування багатосвітової інтерпретації квантової механіки. Однією з двох передових теорій (поряд із копенгагенською інтерпретацією), які вирішують проблему невизначеності у квантовій механіці.
• Пояснює причини існування тонкого налаштування Всесвіту. У випадку з мультивсесвітом параметри нашого світу – лише один з безлічі можливих варіантів.
• Є так званим «ландшафтом теорії струн», оскільки вирішує проблему хибних вакуумів і дозволяє описати причину, через яку певну кількість вимірів нашого Всесвіту згортаються.

• Підтримується , яка найкраще пояснює її розширення. На ранніх етапах формування Всесвіту, найімовірніше вона могла бути поділена на два всесвіти і більше, кожна з яких еволюціонувала незалежно від іншої. Теоретично інфляції будується сучасна стандартна космологічна модель Всесвіту — Лямбда-CDM.

Шведський космолог Макс Тегмарк запропонував класифікацію різних альтернативних світів:

1. Всесвіти, що знаходяться за межами нашого видимого Всесвіту.
2. Всесвіти з іншими фундаментальними константами та числами вимірювань, які, наприклад, можуть розташовуватися на інших мембранах, згідно М-теорії.
3. Паралельні всесвіти, що виникають згідно з багатосвітовою інтерпретацією квантової механіки.
4. Кінцевий ансамбль – усі можливі всесвіти.

Про подальшу долю теорії про мультивсесвіт поки немає чого сказати, але на сьогодні вона посідає почесне місце в космології та теоретичній фізиці, і підтримується рядом видатних фізиків сучасності: Стівен Хокінг, Брайан Грін, Макс Тегмарк, Мітіо Каку, Алан Гут, Ніл Тайсон та інші.

Одна модель потенційних множинних всесвітів називається теорією множинності світів. Теорія може бути дивною і нереальною настільки, що її місце в науково-фантастичних фільмах, а не в реальному житті. Проте немає експерименту, який може незаперечно дискредитувати її обґрунтованість.

Походження гіпотези паралельних всесвітів тісно пов'язане з використанням ідеї квантової механіки на початку 1900-х років. Квантова механіка, розділ фізики, що вивчає мікросвіт, передбачає поведінку наноскопічних об'єктів. У фізиків виникли проблеми з припасуванням під математичну модель поведінка квантової матерії. Наприклад, фотон, крихітний пучок світла, може переміщатися вертикально вгору і вниз при переміщенні по горизонталі вперед або назад.

Така поведінка різко контрастує з об'єктами, видимими неозброєним оком - все, що ми бачимо, рухається як хвиля, або частка. Ця теорія двоїстості матерії була названа принципом невизначеності Гейзенберга (ПНГ), у якому говориться, що акт спостереження впливає величини, такі як швидкість і становище.

По відношенню до квантової механіки цей ефект спостереження може вплинути на форму - частка або хвиля - квантових об'єктів під час вимірювань. Майбутні квантові теорії, наприклад, копенгагенська інтерпретація Нільса Бора, використовували ПНГ для твердження, що об'єкт, що спостерігається, не зберігає свою двоїсту природу і може бути тільки в одному стані.

В 1954 молодий студент Прінстонського університету на ім'я Х'ю Еверетт запропонував радикальне припущення, яке відрізнялося від популярних моделей квантової механіки. Еверет не вірив, що спостереження викликає квантове питання.

Натомість він стверджував, що спостереження квантової матерії створює розкол у всесвіті. Іншими словами, всесвіт створює свої копії з урахуванням усіх ймовірностей, і ці дублікати існуватимуть незалежно один від одного. Щоразу, коли фотон вимірює вчений, наприклад, в одному всесвіті і аналізує його у вигляді хвилі, той же вчений в іншому всесвіті аналізуватиме його у формі частинки. Кожен із цих всесвітів пропонує унікальну та незалежну реальність, які співіснують з іншими паралельними всесвітами.

Якщо теорія множинності світів Еверетта (ТММ) є вірною, вона містить безліч наслідків, які повністю перетворять наше сприйняття життя. Будь-яка дія, яка має більше одного можливого результату, призводить до розколу Всесвіту. Таким чином, існує нескінченна кількість паралельних всесвітів та нескінченних копій кожної людини.

Ці копії мають однакові особи та тіла, але різні особистості (один може бути агресивним, а інший пасивним), оскільки кожен із них отримує індивідуальний досвід. Нескінченна кількість альтернативних реальностей також передбачає, що ніхто не може досягти унікальних досягнень. Кожна людина - або інша версія цієї людини в паралельному всесвіті - зробив або зробить все.

Крім того, із ТММ випливає, що всі безсмертні. Старість не перестане бути вірним убивцею, але деякі альтернативні реальності можуть бути настільки науково та технологічно просунутими, що розробили антивікову медицину. Якщо ви помрете в одному світі, то інша версія вас в інший світ виживе.

Найтривожнішим наслідком паралельних всесвітів є те, що ваше сприйняття світу не реальне. Наш "реальність" на цей момент в одному паралельному всесвіті буде повністю відрізнятися від іншого світу; це лише крихітна фікція нескінченної та абсолютної істини. Ви можете повірити, що читаєте цю статтю в даний момент, але є багато ваших копій, які не читають. Насправді ви навіть автор цієї статті у віддаленій реальності. Таким чином, виграш призу та прийняття рішень має значення, якщо ми можемо втратити ці нагороди та вибрати щось інше? Чи жити, намагаючись досягти більшого, якщо можемо бути мертвими в іншому місці?

Деякі вчені, такі як австрійський математик Ганс Моравек, намагалися розвінчати можливість паралельних всесвітів. Моравець розробив у 1987 році знаменитий експеримент під назвою квантове самогубство, в якому на людину спрямовано рушницю, поєднану з механізмом, що вимірює кварк. Щоразу, коли смикають спусковий механізм, вимірюється спин кварка. Залежно від результату виміру зброя або вистрілює, або ні.

На підставі цього експерименту рушниця вистрілить чи не вистрілить у людину з 50-відсотковою ймовірністю для кожного сценарію. Якщо ТММ не вірна, то ймовірність виживання людини зменшується після кожного виміру кварку, доки не досягне нуля.

З іншого боку, ТММ стверджує, що експериментатор завжди має 100% шанс вижити в якомусь паралельному всесвіті, і людина стикається з квантовим безсмертям.

Коли вимірюється кварки, є дві можливості: зброя може або вистрілити, або ні. У цей момент ТММ стверджує, що Всесвіт розщеплюється на два різні всесвіти для обліку двох ймовірних кінцівок. Зброя вистрілюватиме в одній реальності, але не спрацьовуватиме в іншій.

З моральних міркувань, вчені що неспроможні використовувати експеримент Моравека, щоб спростувати чи підтвердити існування паралельних світів, оскільки піддослідні можуть лише мертвими у цій конкретній реальності і досі живими у іншому паралельному світі. У будь-якому випадку, теорія множинності світів та її разючі наслідки кидає виклик усьому, що ми знаємо про всесвіт.

Суперечки та гіпотези про існування невідомих нам планет-двійників, паралельних всесвітів і навіть галактик налічують уже багато десятиліть. Усі вони ґрунтуються на теорії ймовірності без залучення уявлень сучасної фізики. В останні роки до них додалося ще уявлення про існування надсвіту, засноване на перевірених теоріях - квантової механіки та теорії відносності.

”Політ.ру” публікує статтю Макса Тегмарка “Паралельні всесвіти”, в якій висувається гіпотеза про будову передбачуваного надсвіту, що теоретично включає чотири рівні. Проте вже найближчим десятиліттям у вчених може з'явитися реальна можливість отримати нові дані про властивості космічного простору і, відповідно, підтвердити або спростувати цю гіпотезу. Статтю опубліковано у журналі “У світі науки” (2003. № 8).

Еволюція забезпечила нас інтуїцією щодо повсякденної фізики, життєво важливою для наших далеких предків; тому, як тільки ми виходимо за рамки повсякденності, ми цілком можемо очікувати дива.

Найпростіша і найпопулярніша космологічна модель передбачає, що у нас є двійник у галактиці, віддаленій на відстань близько 10 ступенем 1028 метрів. Відстань така велика, що знаходиться за межами досяжності астрономічних спостережень, але це не робить нашого двійника менш реальним. Припущення ґрунтується на теорії ймовірності без залучення уявлень сучасної фізики. Приймається лише припущення, що простір нескінченний і заповнений матерією. Може існувати безліч населених планет, у тому числі таких, де живуть люди з такою самою зовнішністю, такими ж іменами та спогадами, що пройшли ті ж життєві перипетії, що й ми.

Але нам ніколи не буде дано побачити наші інші життя. Найдальша відстань, на яку ми здатні зазирнути, це та, яка може пройти світло за 14 млрд. років, що пройшли з моменту Великого вибуху. Відстань між найдальшими від нас видимими об'єктами становить близько 431 026 м; воно і визначає доступну для спостереження область Всесвіту, звану обсягом Хаббла, або обсягом космічного горизонту, або просто Всесвіту. Всесвіт наших двійників є сферами таких самих розмірів з центрами на їхніх планетах. Це найпростіший приклад паралельних всесвітів, кожен з яких є лише малою частиною надсвіту.

Саме визначення «всесвіт» наводить на думку, що воно назавжди залишиться в галузі метафізики. Однак кордон між фізикою і метафізикою визначається можливістю експериментальної перевірки теорій, а не існуванням об'єктів, що не піддаються спостереженням. Межі фізики постійно розширюються, включаючи все більш абстрактні (і колишні до того метафізичними) уявлення, наприклад, про кулясту Землю, невидимі електромагнітні поля, уповільнення часу при великих швидкостях, суперпозицію квантових станів, викривлення простору і чорні діри. В останні роки до цього переліку додалося і уявлення про надсвіт. Воно засноване на перевірених теоріях - квантової механіки та теорії відносності - і відповідає обом основним критеріям емпіричної науки: дозволяє робити прогнози і може бути спростовано. Вчені розглядають чотири типи паралельних всесвітів. Головне питання не в тому, чи існує надсвіт, а скільки рівнів він може мати.

Рівень I

За нашим космічним горизонтом

Паралельні всесвіти наших двійників становлять перший рівень надсвіту. Це менш спірний тип. Ми всі визнаємо існування речей, яких ми не бачимо, але могли б побачити, перемістившись в інше місце або просто зачекавши, як чекаємо на появу корабля через горизонт. Подібний статус мають об'єкти за межами нашого космічного горизонту. Розмір доступної спостереженню області Всесвіту щорічно збільшується на один світловий рік, оскільки нас досягає світло, що виходить із дедалі більш далеких областей, за якими ховається нескінченність, яку ще треба побачити. Ми, ймовірно, помремо задовго до того, як наші двійники виявляться в межах досяжності для спостережень, але якщо розширення Всесвіту допоможе, наші нащадки зможуть побачити їх у досить потужні телескопи.

Рівень I надсвіту видається до банальності очевидним. Як може простір не бути нескінченним? Хіба є десь знак «Бережись! Кінець простору»? Якщо існує кінець простору, то що за ним? Проте теорія гравітації Ейнштейна поставила це інтуїтивне уявлення під сумнів. Простір може бути кінцевим, якщо він має позитивну кривизну чи незвичайну топологію. Сферичний, тороїдальний або «кренделеподібний» всесвіт може мати кінцевий об'єм, не маючи меж. Фонове космічне мікрохвильове випромінювання дозволяє перевірити існування таких структур. Проте досі факти кажуть проти них. Даним відповідає модель нескінченного всесвіту, а на інші варіанти накладені суворі обмеження.

Інший варіант такий: простір нескінченний, але матерія зосереджена в обмеженій області навколо нас. В одному з варіантів колись популярної моделі "острівного Всесвіту" приймається, що на великих масштабах речовина розріджується і має фрактальну структуру. В обох випадках майже всі всесвіти у надсвіті рівня I повинні бути порожні і неживі. Останні дослідження тривимірного розподілу галактик і фонового (реліктового) випромінювання показали, що розподіл речовини прагне однорідного у великих масштабах і не утворює структур розміром більше 1024 м. Якщо така тенденція зберігається, то простір за межами Всесвіту, що спостерігається, має рясніти галактиками, зірками і планетами.

Для спостерігачів у паралельних всесвітах першого рівня діють ті самі закони фізики, що й для нас, але за інших стартових умов. Згідно з сучасними теоріями, процеси, що протікали на початкових етапах Великого вибуху, безладно розкидали речовину, тому була ймовірність виникнення будь-яких структур.

Космологи приймають, що наш Всесвіт з майже однорідним розподілом речовини та початковими флуктуаціями щільності порядку 1/105 є досить типовим (принаймні серед тих, у яких є спостерігачі). Оцінки на основі цього припущення показують, що ваша найближча точна копія знаходиться на відстані 10 ступенем 1028 м. На відстані 10 ступенем 1092 м повинна розташовуватися сфера радіусом 100 світлових років, ідентична тій, в центрі якої ми; так що все, що в наступному столітті побачимо ми, побачать і наші двійники, що там знаходяться. На відстані близько 10 ступеня 10118 м від нас повинен існувати обсяг Хаббла, ідентичний нашому. Ці оцінки виведені шляхом підрахунку можливої ​​кількості квантових станів, які може мати обсяг Хаббла, якщо його температура не перевищує 108 К. Число станів можна оцінити, запитавши: скільки протонів здатний вмістити обсяг Хаббла з такою температурою? Відповідь - 10118. Однак кожен протон може бути або бути відсутнім, що дає 2 в ступені 10118 можливих конфігурацій. Короб, що містить таку кількість обсягів Хаббла, охоплює всі можливості. Розмір його становить 10 ступенем 10118 м. За його межами всесвіт, включаючи нашу, повинні повторюватися. Приблизно ті ж цифри можна отримати на основі термодинамічних чи квантово-гравітаційних оцінок загального інформаційного змісту Всесвіту.

Втім, наш найближчий двійник, швидше за все, знаходиться до нас ближче, ніж дають ці оцінки, оскільки процес формування планет та еволюція життя сприяють цьому. Астрономи вважають, що наш обсяг Хаббла містить принаймні 1020 придатних для життя планет, деякі з яких можуть бути схожими на Землю.

У сучасній космології поняття надсвіту рівня I широко застосовується для перевірки теорії. Розглянемо, як використовують космологи реліктове випромінювання у тому, щоб відкинути модель кінцевої сферичної геометрії. Гарячі та холодні «плями» на картах реліктового випромінювання мають характерний розмір, що залежить від кривизни простору. Так ось, розмір спостережуваних плям занадто малий, щоб узгодитись зі сферичною геометрією. Їхній середній розмір випадково змінюється від одного обсягу Хаббла до іншого, тому не виключено, що наш Всесвіт сферичний, але має аномально малі плями. Коли космологи кажуть, що вони виключають сферичну модель на довірчому рівні 99,9%, вони мають на увазі, що якщо модель вірна, то менше ніж один обсяг Хаббла з тисячі буде характеризуватись такими малими плямами, як спостерігаються. З цього випливає, що теорія надсвіту піддається перевірці і може бути відкинута, хоча ми й не можемо бачити інші всесвіти. Головне - передбачити, що є ансамбль паралельних всесвітів, і знайти розподіл ймовірностей чи те, що математики називають мірою ансамблю. Наш Всесвіт повинен бути одним з найімовірніших. Якщо ж ні, якщо в рамках теорії надсвіту наш Всесвіт виявиться малоймовірним, то ця теорія зіткнеться з труднощами. Як ми побачимо далі, проблема заходу може стати дуже гострою.

Рівень ІІ

Інші постінфляційні домени

Якщо вам важко було уявити надсвіт Всесвіту I, то спробуйте уявити безліч таких надсвітів, частина яких має іншу розмірність простору-часу і характеризується іншими фізичними константами. У сукупності вони становлять надсвіт світу рівня II, передбачену теорією хаотичної вічної інфляції.

Теорія інфляції - це узагальнення теорії Великого вибуху, що дозволяє усунути недоліки останньої, наприклад, нездатність пояснити, чому Всесвіт настільки великий, однорідний і плоский. Швидке розтягнення простору в давнину дозволяє пояснити ці та багато інших властивостей Всесвіту. Таке розтягування передбачається широким класом теорій елементарних частинок, і всі свідоцтва підтверджують його. Вираз «хаотична вічна» стосовно інфляції свідчить про те, що відбувається у найбільших масштабах. В цілому простір постійно розтягується, але в деяких областях розширення припиняється, і виникають окремі домени, як родзинки в тесті, що піднімається. З'являється безліч таких доменів, і кожен з них служить зародком надсвіту рівня I, заповненою речовиною, народженою енергією поля, що викликає інфляцію.

Сусідні домени віддалені від нас більш ніж на нескінченність, у тому сенсі, що їх неможливо досягти, навіть якщо завжди рухатися зі швидкістю світла, оскільки простір між нашим доменом і сусідніми розтягується швидше, ніж можна переміщатися в ньому. Наші нащадки ніколи не побачать своїх двійників лише на рівні II. А якщо розширення Всесвіту прискорюється, як свідчать спостереження, всі вони ніколи не побачать своїх двійників навіть лише на рівні I.

Надвсесвіт рівня II набагато різноманітніше надсвіту рівня I. Домени відрізняються не тільки початковими умовами, але і своїми фундаментальними властивостями. У фізиків переважає думка, що розмірність простору-часу, властивості елементарних частинок та багато так звані фізичні константи не вбудовані у фізичні закони, а є результатом процесів, відомих як порушення симетрії. Припускають, що простір у нашому Всесвіті колись мав дев'ять рівноправних вимірів. На початку космічної історії три з них взяли участь у розширенні та стали тими трьома вимірами, які характеризують сьогоднішній Всесвіт. Шість інших зараз неможливо виявити або тому, що вони залишилися мікроскопічними, зберігши тороїдальну топологію, або тому, що вся матерія зосереджена в тривимірній поверхні (мембрані або просто лані) в дев'ятивимірному просторі. Так було порушено вихідну симетрію вимірів. Квантові флуктуації, що зумовлюють хаотичну інфляцію, могли викликати різні порушення симетрії у різних кавернах. Одні могли стати чотиривимірними; інші - містити лише два, а не три покоління кварків; а треті - мати сильнішу космологічну постійну, ніж наш Всесвіт.

Інший шлях виникнення надсвіту рівня II можна як цикл народжень і руйнувань всесвітів. У 1930-ті роки. фізик Річард Толмен (Richard C. Tolman) висловив цю ідею, а нещодавно Пол Стейнхардт (Paul J. Steinhardt) з Прінстонського університету та Ніл Тьюрок (Neil Turok) з Кембриджського університету розвинули її. Модель Стейнхардта і Тьюрока передбачає другу тривимірну брану, абсолютно паралельну нашій і лише зміщену щодо неї у вимірі вищого порядку. Цей паралельний всесвіт не можна вважати окремим, оскільки він взаємодіє з нашим. Однак ансамбль всесвітів - минулих, нинішніх і майбутніх, який ці лайки утворюють, є надсвітом з різноманітністю, мабуть, близькою до хаотичної інфляції, що виникає в результаті. Ще одну гіпотезу надсвіту запропонував фізик Лі Смолін (Lee Smolin) з Інституту Периметра у м. Ватерлоо (пров. Онтаріо, Канада). Його надсвіт по різноманітності близька до рівня II, але вона мутує і породжує нові всесвіти за допомогою чорних дірок, а не лайки.

Хоча ми й не можемо взаємодіяти з паралельними всесвітами рівня II, космологи судять про їхнє існування за непрямими ознаками, оскільки вони можуть бути причиною дивних збігів у нашому Всесвіті. Наприклад, у готелі вам надають номер 1967, і ви зазначаєте, що народилися 1967 р. «Який збіг», – кажете ви. Однак, подумавши, приходьте до висновку, що це не так уже й дивно. У готелі сотні номерів, і вам не спало б на думку замислюватися про що-небудь, якби запропонували номер, який нічого для вас не означає. Якби ви нічого не знали про готелі, то для пояснення цього збігу ви могли б припустити, що в готелі є й інші номери.

Як ближчий приклад розглянемо масу Сонця. Як відомо, світність зірки визначається її масою. За допомогою законів фізики ми можемо обчислити, що на Землі може існувати лише за умови, що маса Сонця лежить у межах: від 1,6х1030 до 2,4х1030 кг. А якщо ні, то клімат Землі був би холоднішим, ніж на Марсі, або спекотніше, ніж на Венері. Вимірювання маси Сонця дали значення 2,0 х10 30 кг. На перший погляд, влучення маси Сонця в інтервал значень, що забезпечує життя на Землі, є випадковим.

Маси зірок займають діапазон від 1029 до 1032 кг; якби Сонце набуло своєї маси випадково, то шанс потрапити саме в оптимальний для нашої біосфери інтервал був би вкрай малий.

Збіг, що здається, можна пояснити, припустивши існування ансамблю (в даному випадку - безлічі планетних систем) і фактора відбору (наша планета повинна бути придатною для життя). Такі критерії відбору, пов'язані із спостерігачем, називають антропними; і хоча згадка про них зазвичай викликає полеміку, все ж таки більшість фізиків згідно, що нехтувати цими критеріями при відборі фундаментальних теорій не можна.

А яке відношення усі ці приклади мають до паралельних всесвітів? Виявляється, невелика зміна фізичних констант, що визначаються порушенням симетрії, призводить до якісно іншого всесвіту - такого, в якому ми не могли б існувати. Якби маса протону найбільше на 0,2%, протони розпадалися б з утворенням нейтронів, роблячи атоми нестабільними. Якби сили електромагнітної взаємодії слабші на 4%, не існувало б водню та звичайних зірок. Якби слабка взаємодія ще слабша, не було б водню; а якби воно сильніше, наднові не могли б заповнювати міжзоряний простір важкими елементами. Якби космологічна стала помітно більша, Всесвіт неймовірно роздувся б ще до того, як змогли утворитися галактики.

Наведені приклади дозволяють очікувати на існування паралельних всесвітів з іншими значеннями фізичних констант. Теорія надсвіту другого рівня передбачає, що фізики ніколи не зможуть вивести значення цих констант із фундаментальних принципів, а зможуть лише розраховувати розподіл ймовірностей різних наборів констант у сукупності всіх всесвітів. При цьому результат має узгоджуватися з нашим існуванням в одній із них.

Рівень ІІІ

Квантова безліч всесвітів

Надсвіти рівнів І і ІІ містять паралельні всесвіти, надзвичайно віддалені від нас за межі можливостей астрономії. Однак наступний рівень надсвіту лежить прямо навколо нас. Він виникає зі знаменитої і вельми спірної інтерпретації квантової механіки - ідеї про те, що випадкові квантові процеси змушують всесвіт «розмножуватися», утворюючи безліч своїх копій - по одній для кожного можливого результату процесу.

На початку ХХ ст. квантова механіка пояснила природу атомного світу, що не підкорявся законам класичної ньютонівської механіки. Незважаючи на очевидні успіхи, серед фізиків точилися спекотні суперечки про те, в чому ж істинний зміст нової теорії. Вона визначає стан Всесвіту над таких поняттях класичної механіки, як становища і швидкості всіх частинок, а через математичний об'єкт, званий хвильової функцією. Відповідно до рівняння Шредінгера, цей стан змінюється з часом таким чином, що математики визначають терміном «унітарний». Він означає, що хвильова функція обертається в абстрактному нескінченномірному просторі, що називається гільбертовим. Хоча квантову механіку часто визначають як принципово випадкову та невизначену, хвильова функція еволюціонує цілком детерміністським чином. Щодо неї немає нічого випадкового чи невизначеного.

Найважче – пов'язати хвильову функцію з тим, що ми спостерігаємо. Багато допустимих хвильових функцій відповідають протиприродним ситуаціям на зразок тієї, коли кішка одночасно і мертва, і жива у вигляді так званої суперпозиції. У 20-ті роки. XX ст. фізики обійшли цю дивність, постулювавши, що хвильова функція колапсує до деякого певного класичного результату, коли хтось здійснює спостереження. Це доповнення дозволило пояснити результати спостережень, але перетворило витончену унітарну теорію на неохайну та не унітарну. Принципова випадковість, яка зазвичай приписується квантовій механіці, є наслідком саме цього постулату.

Згодом фізики відмовилися від цієї точки зору на користь іншої, запропонованої в 1957 р. випускником Прінстонського університету Х'ю Евереттом (Hugh Everett III). Він показав, що можна обійтися і без постулату про колапс. Чиста квантова теорія не накладає жодних обмежень. Хоча вона і передбачає, що одна класична реальність поступово розщеплюється на суперпозицію кількох таких реальностей, спостерігач суб'єктивно сприймає це розщеплення просто як невелику хаотичність з розподілом ймовірностей, що точно збігається з тим, що давав старий постулат колапсу. Ця суперпозиція класичних всесвітів і є надсвітом рівня III.

Понад сорок років така інтерпретація бентежила вчених. Однак фізичну теорію легше зрозуміти, порівнюючи дві точки зору: зовнішню, з позиції фізика, що вивчає математичні рівняння (подібно до птаха, що оглядає пейзаж з висоти свого польоту); і внутрішню, з позиції спостерігача (назвемо його жабою), що живе на ландшафті, що оглядається птахом.

З точки зору птиці, надсвіт рівня III є простий. Існує лише одна хвильова функція, яка плавно еволюціонує у часі без розщеплення та паралелізму. Абстрактний квантовий світ, що описується еволюціонуючою хвильовою функцією, містить у собі величезну кількість ліній паралельних класичних історій, що безперервно розщеплюються і зливаються, а також ряд квантових явищ, що не піддаються опису в рамках класичних уявлень. Але з погляду жаби, можна побачити лише малу частину цієї реальності. Вона може бачити всесвіт рівня I, проте процес порушення когерентності, подібний до колапсу хвильової функції, але зі збереженням унітарності, не дозволяє їй бачити паралельні копії самої себе на рівні III.

Коли спостерігачеві ставлять питання, на яке він повинен швидко дати відповідь, квантовий ефект у його мозку призводить до суперпозиції рішень на кшталт такої: «продовжувати читати статтю» та «кинути читати статтю». З погляду птаха, акт прийняття рішення змушує людину розмножитися на копії, одні з яких читають, а інші припиняють читання. Однак із внутрішньої точки зору, жоден із двійників не знає про існування інших і сприймає розщеплення просто як невелику невизначеність, деяку ймовірність продовження чи припинення читання.

Як би дивним це не здавалося, але така сама ситуація виникає навіть у супервсесвіті рівня I. Очевидно, ви вирішили продовжувати читання, але хтось із ваших двійників у далекій галактиці відклав журнал після першого ж абзацу. Рівні І і ІІІ відрізняються тільки тим, де знаходяться ваші двійники. На рівні I вони живуть десь далеко, у доброму старому тривимірному просторі, а на рівні III - на іншій квантовій гілки нескінченномірного гільбертового простору.

Існування рівня III можливе лише за умови, що еволюція хвильової функції у часі унітарна. Досі експерименти не виявили її відхилень від унітарності. В останні десятиліття її підтверджували для всіх більших систем, включаючи фулерен С60 та оптичні волокна кілометрової довжини. У теоретичному плані положення про унітарність підкріплено відкриттям порушення когерентності. Деякі теоретики, які працюють у галузі квантової гравітації, ставлять її під сумнів. Зокрема, передбачається, що чорні діри, що випаровуються, можуть руйнувати інформацію, а це не унітарний процес. Однак недавні досягнення теорії струн дозволяють вважати, що навіть квантове тяжіння є унітарним.

Якщо це так, то чорні дірки не руйнують інформацію, а просто передають її кудись. Якщо фізика є унітарною, стандартна картина впливу квантових флуктуацій на початкових етапах Великого вибуху має бути змінена. Ці флуктуації не випадково визначають суперпозицію всіх можливих початкових умов, які співіснують одночасно. При цьому порушення когерентності змушує початкові умови поводитися класично на різних квантових гілках. Ключове положення свідчить: розподіл наслідків на різних квантових гілках одного обсягу Хаббла (рівень III) ідентичний розподілу наслідків у різних обсягах Хаббла однієї квантової гілки (рівень I). Ця властивість квантових флуктуацій відома у статистичній механіці як ергодичність.

Ці міркування застосовні до рівня II. Процес порушення симетрії призводить не до однозначного результату, а до суперпозиції всіх результатів, які швидко розходяться своїми окремими шляхами. Таким чином, якщо фізичні константи, розмірність простору-часу та ін. можуть відрізнятися у паралельних квантових гілках лише на рівні III, всі вони так само відрізнятимуться у паралельних всесвітів лише на рівні II.

Іншими словами, надвсесвіт рівня III не додає нічого нового до того, що є на рівнях I і II, лише більше копій тих самих всесвітів - такі ж історичні лінії розвиваються знову і знову на різних квантових гілках. Гарячі суперечки навколо теорії Еверетта, схоже, незабаром затихнуть внаслідок відкриття настільки ж грандіозних, але менш спірних надсвітів рівнів I і II.

Програми цих ідей глибокі. Наприклад, таке питання: чи відбувається експоненційне збільшення кількості всесвітів із часом? Відповідь несподівана: ні. З погляду птиці, існує лише один квантовий всесвіт. А яке число окремих всесвітів зараз для жаби? Це число помітно різняться обсягів Хаббла. Відмінності можуть бути невеликі: уявіть собі планети, що рухаються в інших напрямках, уявіть себе з кимось у шлюбі і т.д. На квантовому рівні існують 10 ступенів 10118 всесвітів з температурою не вище 108 К. Число гігантське, але кінцеве.

Для жаби еволюція хвильової функції відповідає нескінченному руху від одного з цих 10 ступенем 10118 станів до іншого. Зараз ви перебуваєте у всесвіті А, де й читаєте цю пропозицію. А тепер ви вже у Всесвіті, де читаєте наступну пропозицію. Інакше кажучи, у В є спостерігач, ідентичний спостерігачеві у всесвіті А, з тією різницею, що в нього є зайві спогади. У кожний момент існують усі можливі стани, отже, протягом часу може відбуватися перед очима спостерігача. Цю думку висловив у своєму науково-фантастичному романі «Місто перестановок» (1994 р.) письменник Грег Іган (Greg Egan) та розвинули фізик Девід Дойч (David Deutsch) з Оксфордського університету, незалежний фізик Джуліан Барбу (Julian Barbour) та ін. бачимо, ідея надсвіту може відігравати ключову роль у розумінні природи часу.

Рівень IV

Інші математичні структуры

Початкові умови та фізичні константи у надсвітах рівнів I, II та III можуть відрізнятися, але фундаментальні закони фізики однакові. Чому ми зупинилися на цьому? Чому що неспроможні відрізнятися самі фізичні закони? Як щодо всесвіту, що підкоряється класичним законам без будь-яких релятивістських ефектів? Як щодо часу, що рухається дискретними кроками, як у комп'ютері?

А як щодо всесвіту у вигляді порожнього додекаедру? У надсвіті рівня IV всі ці альтернативи справді існують.

Про те, що такий надсвіт не є абсурдним, свідчить відповідність світу абстрактних міркувань нашому реальному світу. Рівняння та інші математичні поняття та структури – числа, вектори, геометричні об'єкти – описують реальність із дивовижною правдоподібністю. І навпаки, ми сприймаємо математичні структури як реальні. Та вони й відповідають фундаментальному критерію реальності: однакові всім, хто їх вивчає. Теорема буде вірна незалежно від того, хто її довів – людина, комп'ютер чи інтелектуальний дельфін. Інші допитливі цивілізації знайдуть ті самі математичні структури, які ми знаємо. Тому математики кажуть, що не створюють, а відкривають математичні об'єкти.

Існують дві логічні, але діаметрально протилежні парадигми співвідношення математики та фізики, що виникли ще за давніх часів. Згідно з парадигмою Аристотеля, фізична реальність є первинною, а математична мова є лише зручним наближенням. У рамках парадигми Платона істинно реальні саме математичні структури, а спостерігачі сприймають їх недосконало. Іншими словами, ці парадигми відрізняються розумінням того, що первинно - жаб'яча точка зору спостерігача (парадигма Аристотеля) або пташиний погляд з висоти законів фізики (точка зору Платона).

Парадигма Аристотеля - це те, як ми сприймали світ з раннього дитинства, задовго до того, як вперше почули про математику. Погляд Платона - це набуте знання. Сучасні фізики-теоретики схиляються до неї, припускаючи, що математика добре описує Всесвіт саме тому, що Всесвіт математичний за своєю природою. Тоді вся фізика зводиться до вирішення математичного завдання, і безмежно розумний математик може лише основі фундаментальних законів розрахувати картину світу лише на рівні жаби, тобто. обчислити, які спостерігачі існують у Всесвіті, що вони сприймають і які мови вони винайшли передачі свого сприйняття.

Математична структура - абстракція, незмінна сутність поза часом та простором. Якби історія була кінофільмом, то математична структура відповідала не одному кадру, а фільму загалом. Візьмемо для прикладу світ, що складається з частинок нульових розмірів, розподілених у тривимірному просторі. З точки зору птиці, у чотиривимірному просторі-часі траєкторії частинок є «спагетті». Якщо жаба бачить частинки, що рухаються з постійними швидкостями, то птах бачить пучок прямих, не зварених «спагетті». Якщо жаба бачить дві частинки, що звертаються по орбітах, птах бачить дві «спагеттини», повиті в подвійну спіраль. Для жаби світ описують закони руху та тяжіння Ньютона, для птаха – геометрія «спагетті», тобто. математична структура. Сама жаба для неї - товстий їхній клубок, складне переплетення яких відповідає групі частинок, що зберігають і переробляють інформацію. Наш світ складніший за розглянутий приклад, і вчені не знають, який з математичних структур він відповідає.

У парадигмі Платона полягає питання: чому наш світ такий, який він є? Для Аристотеля це безглузде питання: світ є, і він такий! Але послідовники Платона цікавляться: а міг би світ бути іншим? Якщо Всесвіт математичний по суті, то чому в його основі лежить лише одна з множини математичних структур? Схоже, що фундаментальна асиметрія полягає в самій суті природи. Щоб розгадати головоломку, я висунув припущення, що математична симетрія існує: що всі математичні структури реалізуються фізично, і кожна з них відповідає паралельному всесвіту. Елементи цього надсвіту не знаходяться в тому самому просторі, але існують поза часом і простором. У більшості з них, мабуть, немає спостерігачів. Гіпотезу можна як крайній платонізм, який стверджує, що математичні структури платонівського світу ідей, чи «розумового пейзажу» математика Руді Ракера (Rudy Rucker) з Університету Сан-Хосе, існують у фізичному сенсі. Це схоже на те, що космолог Джон Барроу (John D. Barrow) з Кембриджського університету називав «p в небесах», філософ Роберт Нозік (Robert Nozick) з Гарвардського університету описував як «принцип плідності», а філософ Девід Льюїс (David K. Lewis) ) з Прінстонського університету назвав «модальною реальністю». Рівень IV замикає ієрархію надсвітів, оскільки будь-яка самоузгоджена фізична теорія може бути виражена у формі певної математичної структури.

Гіпотеза про надсвіт Всесвіту IV дозволяє зробити кілька передбачень, що піддаються перевірці. Як і рівні II, вона включає ансамбль (у разі - сукупність всіх математичних структур) і ефекти відбору. Займаючись класифікацією математичних структур, вчені повинні зауважити, що структура, яка описує наш світ, є найбільш загальною з тих, що узгоджуються зі спостереженнями. Тому результати наших майбутніх спостережень мають стати найбільш загальними з тих, які узгоджуються з даними колишніх досліджень, а дані колишніх досліджень - найзагальнішими з тих, що взагалі сумісні з нашим існуванням.

Оцінити ступінь спільності – непросте завдання. Одна з разючих і обнадійливих рис математичних структур полягає в тому, що властивості симетрії та інваріантності, що забезпечують простоту та впорядкованість нашого Всесвіту, як правило, є загальними. Математичні структури зазвичай володіють цими властивостями за умовчанням, і для позбавлення від них потрібно введення складних аксіом.

Що казав Оккам?

Таким чином, теорії паралельних всесвітів мають чотирирівневу ієрархію, де на кожному наступному рівні всесвіти менш нагадують нашу. Вони можуть характеризуватись різними початковими умовами (рівень I), фізичними константами та частинками (рівень II) або фізичними законами (рівень IV). Забавно, що найбільшу критику в останні десятиліття піддавався рівень III як єдиний, який не вводить якісно нових типів всесвітів. У наступному десятилітті детальні виміри реліктового випромінювання і великомасштабного розподілу речовини у Всесвіті дозволять точніше визначити кривизну і топологію простору і підтвердити або спростувати існування рівня I. Ці дані дозволять отримати відомості про рівень II шляхом перевірки теорії хаотичної вічної інфляції. Успіхи астрофізики та фізики частинок високих енергій допоможуть уточнити ступінь тонкого настроювання фізичних констант, підкріпивши або послабивши позиції рівня II. Якщо зусилля щодо створення квантового комп'ютера будуть успішними, з'явиться додатковий аргумент на користь існування рівня III, оскільки для паралельних обчислень використовуватиметься паралелізм цього рівня. Експериментатори шукають також свідоцтва про порушення унітарності, які дозволять відкинути гіпотезу про існування рівня III. Нарешті, успіх чи провал спроби вирішити найголовніше завдання сучасної фізики – поєднати загальну теорію відносності з квантовою теорією поля – дасть відповідь на питання про рівень IV. Або буде знайдено математичну структуру, що точно описує наш Всесвіт, або ми натрапимо на межу неймовірної ефективності математики і будемо змушені відмовитися від гіпотези про рівень IV.

Отже, чи можна вірити у паралельні всесвіти? Основні докази проти їхнього існування зводяться до того, що це занадто марнотратно і незбагненно. Перший аргумент полягає в тому, що теорії надсвіту вразливі для «бритви Оккама», оскільки вони постулюють існування інших всесвітів, які ми ніколи не побачимо. Навіщо природі бути такою марнотратною і «розважатися» створенням нескінченного числа різних світів? Однак цей аргумент можна звернути на користь існування надсвіту. У чому саме марнотратна природа? Зрозуміло, не у просторі, масі чи кількості атомів: їх нескінченно багато вже міститься на рівні I, існування якого не викликає сумнівів, тому немає сенсу турбуватися, що природа витратить їх ще скількись. Реальне питання полягає в зменшенні простоти. Скептиків непокоїть додаткова інформація, необхідна описи невидимих ​​світів.

Проте весь ансамбль часто буває простіше кожного зі своїх членів. Інформаційний обсяг алгоритму числа є, грубо кажучи, виражена в бітах довжина найкоротшої комп'ютерної програми, що генерує це число. Візьмемо для прикладу безліч усіх цілих чисел. Що простіше - все безліч чи окреме число? На перший погляд – друге. Однак перше можна побудувати за допомогою дуже простої програми, а окреме число може бути надзвичайно довгим. Тому все безліч виявляється простіше.

Аналогічно, безліч всіх рішень рівнянь Ейнштейна для поля простіше кожного конкретного рішення - перше складається з кількох рівнянь, а друге вимагає завдання величезної кількості початкових даних певної гіперповерхні. Отже, складність зростає, коли ми зосереджуємо увагу окремому елементі ансамблю, втрачаючи симетрію і простоту, властиві сукупності всіх елементів.

У цьому сенсі надсвіт все вищих рівнів простіше. Перехід від нашого Всесвіту до надсвіту рівня I виключає необхідність задавати початкові умови. Подальший перехід до рівня II усуває необхідність задавати фізичні константи, але в рівні IV взагалі нічого ставити зайве. Надмірна складність - це лише суб'єктивне сприйняття, думка жаби. А з позиції птаха, цей надсвіт все навряд чи може бути ще простіше. Скарги на незбагненність мають естетичну, а чи не наукову природу і виправдані лише за аристотелевском світосприйнятті. Коли ми ставимо питання про природу реальності, чи не слід очікувати відповіді, яка може здатися дивною?

Загальна властивість всіх чотирьох рівнів надсвіту полягає в тому, що найпростіша і, мабуть, найвитонченіша теорія за умовчанням включає паралельні всесвіти. Щоб відкинути їх існування, потрібно ускладнити теорію, додавши не підтверджувані експериментом процеси і придумані для цього постулати - про кінцівку простору, колапс хвильової функції та онтологічної асиметрії. Наш вибір зводиться до того, що вважати марнотратнішим і невитонченим - безліч слів або безліч всесвітів. Можливо, згодом ми звикнемо до чудасій нашого космосу і визнаємо його дивовижність чарівною.

Світи паралельних Всесвітів

Все частіше в теоретичних роботах космологів наш Всесвіт, як у дзеркалах, відбивається в численному рої собі подібних. Паралельні Всесвіти множаться нескінченно. Світи наших двійників, які в інших існуваннях піддаються всім тим спокусам, від яких ми відмовилися, – і навпаки. Всесвіти, у всьому не схожі на нашу: з абсолютно іншими законами природи та фізичними константами, згодом, що тече в іншому напрямку, з частинками, що мчать із надсвітловою швидкістю.

«Ідея паралельних Всесвітів здавалася вченим дуже підозрілою – таким собі притулком езотериків, фантазерів та шарлатанів. Будь-який фізик, який надумав міркувати про паралельних Всесвітів, одразу перетворювався на об'єкт глузування в очах колег і ризикував своєю кар'єрою, адже навіть і зараз немає жодного експериментального підтвердження їхньої правоти.

Але згодом ставлення до цієї проблеми різко змінилося, і найкращі уми наполегливо намагаються її вирішити», – каже професор Нью-Йоркського університету Мітіо Каку, автор книги «Паралельні Всесвіти».

Сукупність Всесвітів вже отримала свою назву: Мультивсесвіт, Мультіверс. Їй дедалі частіше присвячуються серйозні наукові книжки. Автор однієї з них, «Всесвіт по сусідству», астрофізик з Британії Маркус Чаун писав: «Наш Всесвіт – не один-єдиний Всесвіт, а лише один у нескінченній низці інших, що вирують у річці часу, подібно до бульбашок піни. Там, за найдальшими межами світобудови, видимими в телескоп, є Всесвіт, готові відповідати всім мислимим математичним формулам».

Макс Тегмарк, автор досліджень «Паралельні Всесвіти», констатував: «Природа різними способами підказує нам, що наш Всесвіт – лише один серед безлічі інших Всесвітів… Наразі ми ще не можемо побачити, як ці частини складаються в одну гігантську картину… Звичайно, багато простих людей знаходять подібне уявлення навіженим, і так само вважають багато вчених. Але це емоційна реакція. Людям просто не подобається весь цей мотлох неживих світобудов».

Осторонь цієї наслання не залишаються і найавторитетніші фізики нашого часу. Так, професор Кембриджського університету Мартін Ріс, королівський астроном Великобританії, упевнений: «Те, що ми звикли називати “Універсумом”, насправді може бути лише однією ланкою в цілому ансамблі. Цілком допустимо існування численних інших Всесвітів, де закони природи виглядають зовсім інакше. Всесвіт, у якому ми виникли, входить у незвичайну підмножину, де допускається зародження свідомості».

Такі ідеї вписуються в сучасні уявлення фізиків і астрономів. Так, наш Всесвіт народився 13,7 мільярдів років тому внаслідок Великого вибуху. Ніщо не говорить про те, що це була унікальна, поодинока подія. Подібні вибухи могли відбуватися безліч разів, постійно породжуючи черговий чужий Всесвіт. Вони, неначе шматочки паззла, становлять одну картину «Миру-в-Цілом» – Мультіверсу.

Така ідея загрожує дивними висновками. «Нас переслідує та сама нав'язлива картина, – іронізував американський фізик Френк Вільчек, – ми бачимо безліч наших власних копій, які майже не відрізняються один від одного і які ведуть своє паралельне життя. І з кожною миттю з'являється все більше наших двійників, які проживають різні варіанти нашого власного майбутнього».

Взагалі кажучи, такого роду картини сягають ідеї американського фізика Х'ю Еверетта, викладеної понад півстоліття тому, в 1957 р. Він інтерпретував квантову теорію таким чином: він припустив, що кожного разу, як тільки належить зробити вибір між кількома можливими станами, наш Всесвіт розщеплюється на кілька паралельних Всесвітів, дуже схожих один на одного. Таким чином, є Всесвіт, в якому сьогодні ввечері я зустрінуся з Оленою. Існує Всесвіт, де зустріч не відбудеться. І надалі кожна з них розвиватиметься по-своєму. Так що моє приватне життя – і справді лише окремий випадок величезної кількості доль, які доведеться прожити summa summarum мені і всім моїм двійникам.

Водночас ідея Еверетта – ще й блискучий спосіб вирішити неминучі парадокси, що виникають, коли ми розмірковуємо про «машину часу». Що якщо її винахідник, вирушивши в минуле, раптом впадає в дику тугу і вирішує накласти на себе руки? Він помре у далекій юності; він не вигадає машину, що летить крізь далечінь часів; він не повернеться у свою юність; він не вб'є себе; він житиме довго, займаючись технічною творчістю; він винайде машину часу; він повернеться у минуле, уб'є себе; він помре в далекій юності... Цим логічним ланцюжком ковзаєш, як по аркушу Мебіуса, не розуміючи, де перейшов з лицьового боку на зворотний.

1991 - вузол цього парадоксу розрубав Девід Дойч з Оксфордського університету. У минуле можна дійсно подорожувати – і навіть з пістолетом у руках, – але кожного разу, коли ми вирушаємо в минуле, ми потрапляємо не до нашого Всесвіту, де жодних гостей з майбутнього поки що бачити не бачили і чути не чули, а в альтернативну Всесвіт, яка народжується, як тільки машина часу приземлиться. У нашому світі каркас причинно-наслідкових зв'язків є непорушним.

«Об'єкт здійснює подорож із певного часу, що тече в якомусь світі, і потрапляє в інший час та інший світ. Але жоден об'єкт не здатний перенестися в минулу епоху того самого світу», – так можна сформулювати цей досвід, який трансформувався в подорож у паралельний простір. Афоризм Моріса Метерлінка «Якщо нині Юда рушить у дорогу, цей шлях його приведе до Юди» не витримав випробування космологічними поглядами. Людина, яка пустилася в минуле, щоб зустріти себе, знаходить лише свого двійника в чужому минулому.

Дивно? "Інтерпретація Еверетта - це неминучий висновок, який слід зробити, якщо розглядати квантову теорію як універсальне вчення, яке застосовується завжди і скрізь", - з такою міркуванням погодяться багато фізиків. А інші вже займаються картографуванням світобудови, здатної вмістити не одну, а безліч Всесвітів.

Ми, унікальні та неповторні люди, множимося, наче копії фільмів на DVD-дисках, розібраних по різних квартирах. І якщо цієї хвилини диск № 3234 припадає пилом у коробці, то диск № 3235 хтось якраз ставить у програвач, а диск № 3236 хтось виймає, щоб покласти точно в таку ж коробку, а диск №… Загалом, з ними відбувається все, що тільки може статися.

Чи можна побувати в паралельному Всесвіті?

Коли вчені говорять про паралельні Всесвіти, вони найчастіше говорять про різні предмети: про віддалені сфери світобудови, між якими пролягли «надсвітлові» – інфляційні – прірви, про низку світів, що ще відпочивають від нашого Всесвіту, про межі N-вимірного світобудови, одну у тому числі утворює знайомий нам космос.

За одними сценаріями, щільність енергії вакууму може часом спонтанно змінюватися так, що це призводить до народження «дочірнього Всесвіту». Подібні Всесвіти розлітаються Мультиверсом, як мильні бульбашки, видуті дитиною. Згідно з іншими сценаріями, нові Всесвіти народжуються в надрах чорних дірок.

Критики вважають спекулятивною саму гіпотезу Мультивселенной. Її не можна по-справжньому ні обґрунтувати, ні довести. Інші Всесвіти недоступні спостереження; ми не можемо їх побачити на власні очі, як не бачимо день учорашній чи завтрашній. Тож чи можна, спираючись на відомі нам фізичні закони чи факти, описати те, що лежить за обрієм світобудови? Було б самовпевнено стверджувати, що «місяця немає, поки його ніхто не бачить», – що інших світів немає, якщо їх не побачити. Чи варто відкидати цю «умоглядну фантазію», якщо будь-яка спроба описати те, що лежить за межами нашого світу, по-своєму фантастична?

Нам доводиться мати справу лише з теоретичною підставою, на якій не звести нічого, що має практичну цінність. Що ж до екстравагантності, то квантова теорія, на погляд стороннього спостерігача, не менш фантастична, ніж розмова про нескінченну множину Всесвітів.

Поступово у фізиці утвердився принцип: «Все, що не заборонено, неминуче здійсниться». У разі право наступного ходу передається опонентам. Це їм слід доводити неможливість тієї чи іншої гіпотези, а справа ентузіастів їх пропонувати. Так що частка критиків – переконувати, що жодна з багатьох Всесвітів не має права на існування на жодному парсеку n-мірності. І якби вони впоралися з доказом, то це було б досить дивним. «Якби існував лише один наш Всесвіт, – пише британський космолог Денніс Вільям Скьяма, – то важко було б пояснити, чому немає місця безлічі інших Всесвітів, тоді як один цей все-таки є».

З царювання ідеї «множинності Всесвітів» коперниківська революція, що почалася 5 століть тому, підходить до свого логічного завершення. «Спочатку люди вірили, що Земля знаходиться у центрі Всесвіту, – пише Олександр Віленкін. – Потім стало ясно, що Земля займає приблизно те саме місце, що й інші планети. Важко було змиритися з тим, що ми не є унікальними».

Спочатку Землю було вигнано з центру світобудови, потім наша Галактика виявилася одним із невеликих острівців у космосі, а тепер і космос розмножився, як піщинка у нескінченній анфіладі дзеркал. Горизонти світобудови розширилися – на всі боки, на всі виміри! Нескінченність стала природною реальністю у фізиці, незмінною властивістю світу.

Отже, десь вдалині ховаються інші Всесвіти. Чи можна дістатися до них? Мабуть, у науковій фантастиці настав час змінити «машини часу», які вже встигли вдосталь політати світами Минулого та Майбутнього, на «машини простору», які помчать крізь наші зоряні світи в невідому далечінь позамежної геометрії. А що думають із цього приводу вчені?

2005 - Американський інститут аеронавтики та астронавтики удостоїв нагороди в категорії «політ майбутнього» австрійського фізика Вальтера Дрешера та його німецького колегу Йоахіма Хойзера. Якщо запропоновані ними ідеї вірні, то до Місяця можна дістатися за кілька хвилин, до Марса – за дві з половиною години, ну а 80 днів вистачить не тільки аби обігнути Землю, а й перенестися до зірки, що лежить у десятці світлових років від нас. Такі пропозиції просто не можуть не з'являтися - інакше космонавтика зайде в глухий кут. Іншого вибору немає: чи ми полетимо колись до зірок, чи космічні плавання – справа абсолютно безглузда, як спроба обійти земну кулю, стрибаючи на одній нозі.

На чому ж ґрунтується ідея Дрешера та Хойзера? Півстоліття тому німецький вчений Буркхард Хайм спробували примирити дві найважливіші теорії сучасної фізики: квантову механіку та загальну теорію відносності.

Свого часу Ейнштейн показав, що простір на околицях планет або зірок сильно викривлений, а час тече повільніше, ніж далеко від них. Це важко перевірити, але легко пояснити за допомогою метафори. Простір можна уподібнити туго натягнутому полотнищу з гуми, а небесні тіла - це розсип металевих кульок, що монотонно кружляють по ньому. Чим масивніша кулька, тим глибше западина під нею. Гравітація, казав Ейнштейн, це просторова геометрія, видиме спотворення простору-часу.

Хайм довів його ідею до логічного завершення, зробивши припущення, що інші фундаментальні взаємодії також породжені особливостями простору, у якому живемо, – а живемо ми, відповідно до Хайму, в шестимірному просторі (включаючи час).

Його послідовники, Дрешер і Хойзер, довели число розмірностей нашого світобудови до восьми і навіть описали, як можна проникнути за межу звичних нам вимірів (ось він, «політ майбутнього»!).

Їхня модель «машини простору» така: кільце, що обертається, і потужне магнітне поле певної конфігурації. У міру того як швидкість обертання кільця зростає, розташований тут зореліт ніби розчиняється в повітрі, стає невидимим (ті, хто дивився фільм «Контакт» за романом Карла Сагана, добре пам'ятають сцену, коли сферичний корабель, шалено обертаючись на місці, зникав за завісою туману – переносився в «тунель-червоточину»).

Ось і зореліт Дрешера і Хойзера також вислизав в інший вимір, де, за гіпотезою вчених, фізичні константи, зокрема швидкість світла, можуть набувати зовсім іншого значення, - наприклад, набагато більше. Промчавши по чужому виміру – по «паралельному Всесвіту» – з надсвітловою (по-нашому) швидкістю, корабель миттю оголошувався біля мети, чи то Місяць, Марс чи зірка.

Автори роботи чесно пишуть, що «цей проект містить недоліки» і «математично небездоганний», зокрема, не зовсім ясно, як корабель проникає в паралельний Всесвіт і тим більше вибереться з нього. Сучасна техніка цього здатна. І взагалі, запропоновану теорію, сказано в коментарі журналу New Scientist, важко пов'язати з сучасною фізикою, але вона, можливо, є досить перспективним напрямом.

Що якщо наші однодумці в одному з паралельних світів думають так само і, може, навіть намагаються проникнути до нас?

Як часто ви замислюєтеся про те, як би був улаштований наш світ сьогодні, якби результат якихось ключових історичних подій був іншим? Якою була б наша планета, якби динозаври, наприклад, не вимерли? Кожна наша дія, рішення автоматично стає частиною минулого. По суті справжнього немає: все, що ми робимо в цю хвилину, вже не змінити, воно записано в пам'яті Всесвіту. Однак існує теорія, згідно з якою існує безліч всесвітів, де ми живемо абсолютно іншим життям: кожна наша дія пов'язана з певним вибором і, роблячи цей вибір на нашому Всесвіті, в паралельному - "інший я" приймає протилежне рішення. Наскільки виправдана така теорія з наукового погляду? Чому вчені вдалися до неї? Спробуємо розібратися у нашій статті.

Багатосвітова концепція Всесвіту

Вперше теорію про ймовірну безліч світів згадав американський фізик Х'ю Еверетт. Він запропонував свою розгадку однією з основних квантових загадок фізики. Перед тим, як перейти безпосередньо до теорії Х'ю Еверетта, необхідно розібратися, що це за таємниця квантових частинок, яка не дає спокою фізикам усього світу вже не один десяток років.

Уявімо собі звичайний електрон. Виявляється, як квантовий об'єкт він може перебувати у двох місцях одночасно. Це його властивість називають суперпозицією двох станів. Але магія цьому не закінчується. Як тільки ми захочемо якось конкретизувати розташування електрона, наприклад, спробуємо його збити іншим електроном, то з квантового він стане звичайним. Як таке можливо: електрон був і в пункті А, і в пункті Б і раптом у певний момент перестрибнув у Б?

Х'ю Еверетт запропонував свою інтерпретацію цієї квантової загадки. Згідно з його багатосвітовою теорією, електрон так і продовжує існувати у двох станах одночасно. Вся справа в самому спостерігачі: тепер він перетворюється на квантовий об'єкт і поділяється на два стани. В одному з них він бачить електрон у пункті А, в іншому – у Б. Існують дві паралельні реальності, і в якій із них виявиться спостерігач – невідомо. Поділ на реальності не обмежений числом два: їхнє розгалуження залежить лише від варіації подій. Проте ці реальності існують незалежно друг від друга. Ми як спостерігачі потрапляємо в одну, вийти з якої, як і переміститися в паралельну, неможливо.

Octavio Fossatti / Unsplash.com

З погляду цієї концепції легко пояснюється і експеримент із науковим котом історія фізики – котом Шредингера. Згідно з багатосвітовою інтерпретацією квантової механіки, нещасний кіт у стальній камері одночасно і живий, і мертвий. Коли ми розкриваємо цю камеру, то ніби зливаємося з котом і утворюємо два стани – живий та мертвий, які не перетинаються. Утворюються два різні всесвіти: в одній спостерігач із мертвим котом, в іншій – з живим.

Варто одразу відзначити, що багатосвітова концепція не передбачає наявності безлічі всесвітів: вона одна, просто багатошарова, і кожен об'єкт у ній може перебувати у різних станах. Таку концепцію не можна вважати експериментально підтвердженою теорією. Поки що це лише математичний опис квантової загадки.

Теорію Х'ю Еверетта підтримують фізик, професор австралійського університету Гріффіта Говард Уайзман, доктор Майкл Холл із Центру квантової динаміки університету Гріффіта та доктор Дірк-Андре Деккерт із Університету Каліфорнії. На їхню думку, паралельні світи справді є і наділені різними характеристиками. Будь-які квантові загадки та закономірності – це наслідок «відштовхування» один від одного світів-сусідів. Виникають ці квантові явища для того, щоб кожен світ був не схожим на інший.

Концепція паралельних всесвітів та теорія струн

Зі шкільних уроків ми добре пам'ятаємо, що у фізиці є дві головні теорії: загальна теорія відносності та квантова теорія поля. Перша пояснює фізичні процеси у макросвіті, друга – у мікро. Якщо обидві ці теорії використовувати на одному масштабі, вони суперечитимуть одна одній. Здається логічним, що має існувати якась загальна теорія, яка застосовується до будь-яких відстаней та масштабів. Як таку фізику висунули теорію струн.

Справа в тому, що на дуже маленьких масштабах з'являються деякі коливання, які схожі на коливання від звичайної струни. Ці струни заряджені енергією. "Струни" - це не струни в прямому сенсі. Це абстракція, яка пояснює взаємодію частинок, фізичні постійні величини, їх характеристики. У 1970-х роках, коли зародилася теорія, вчені вважали, що вона стане універсальною для опису всього нашого світу. Проте виявилося, що ця теорія працює лише у 10-мірному просторі (а ми живемо у чотиривимірному). Інші шість вимірів простору просто згортаються. Але, як виявилося, згортаються не простим способом.

У 2003 році вчені з'ясували, що згортатися вони можуть величезною кількістю методів, і в кожному новому способі виходить свій всесвіт з різними фізичними константами.

Jason Blackeye / Unsplash.com

Як і у випадку з багатосвітовою концепцією, теорію струн досить важко експериментально довести. Крім того, математичний апарат теорії настільки важкий, що для кожної нової ідеї математичне пояснення потрібно шукати буквально з нуля.

Гіпотеза математичного всесвіту

Космолог, професор Массачусетського технологічного інституту Макс Тегмарк у 1998 році висунув свою «теорію всього» і назвав її гіпотезою математичного всесвіту. Він вирішив проблему існування великої кількості фізичних законів. На його думку, кожному набору цих законів, які є суперечливими з точки зору математики, відповідає незалежний всесвіт. Універсальність теорії в тому, що з її допомогою можна пояснити всю різноманітність фізичних законів та значення фізичних постійних.

Тегмарк запропонував усі світи за його концепцією поділити на чотири групи. До першої відносяться світи, що знаходяться за межами нашого космічного обрію, так звані позаметагалактичні об'єкти. До другої групи входять світи з іншими фізичними константами, відмінними від постійних нашого Всесвіту. По-третє – світи, які виникають у результаті інтерпретації законів квантової механіки. Четверта група – це сукупність всіх всесвітів, у яких проявляються ті чи інші математичні структури.

Як зазначає дослідник, наш Всесвіт не єдиний, оскільки простір безмежний. Наш світ, де ми живемо, обмежений простором, світло з якого дійшло до нас за 13,8 мільярда років після Великого вибуху. Дізнатися про інші всесвіти достовірно ми зможемо ще мінімум через мільярд років, поки світло від них досягне нас.

Стівен Хокінг: чорні дірки – шлях до іншого всесвіту

Стівен Хокінг також є прихильником теорії багатьох всесвітів. Один із найвідоміших вчених сучасності в 1988 році вперше представив своє есе «Чорні дірки та молоді всесвіти». Дослідник припускає, що чорні дірки – це дорога до альтернативних світів.

Завдяки Стівену Хокінгу ми знаємо, що чорним дірам властиво втрачати енергію і випаровуватися, випускаючи при цьому випромінювання Хокінга, яке отримало ім'я самого дослідника. До того, як великий вчений зробив це відкриття, наукова спільнота вважала, що все, що якимось чином потрапляє до чорної діри, зникає. Теорія Хокінга спростовує це припущення. На думку фізика, гіпотетично будь-яка річ, предмет, об'єкт, що потрапив у чорну дірку, вилітає з неї і потрапляє до іншого всесвіту. Однак така подорож є рухом в один кінець: назад повернутися не можна.